Luiz Henrique Vieira.

O conceito de biorrefinaria tem sido aplicado a sistemas de tratamento de águas residuárias e de resíduos sólidos por vários grupos de pesquisa em todo o mundo. Muitos avanços têm sido obtidos principalmente com a aplicaçõao da biotecnologia anaeróbia, com rendimentos e produtividades crescentes na produção de ácidos orgânicos, solventes, bioplásticos, hidrogênio e metano, entre outros produtos de interesse. O domínio crescente dos conceitos básicos associados ao processo global tem levado a propostas diversificadas para valoração dos despejos e resíduos predominantemente orgânicos. Os grupos associados para o desenvolvimento deste projeto trabalham conjuntamente há mais de uma década, sempre com foco nos fundamentos dos processos e, com esta proposta, buscam a consolidação deste conhecimento acumulado para testar a hipótese de que é possível a aplicação e consolidação do conceito de biorrefinaria ao processamento de águas residuárias e resíduos sólidos pela aplicação de tecnologia anaeróbia, aliada a processos físico-químicos e catalíticos. O objetivo geral do projeto temático é aprofundar o conhecimento sobre a aplicação de tecnologia anaeróbia, como unidade principal ou combinada com processos físico-químicos e com processos químicos catalíticos, para o processamento de águas residuárias e resíduos sólidos, subprodutos de processos industriais, para consolidação do conceito de biorrefinaria. Para isso, os grupos trabalharão de forma integrada para: (i) aplicar diferentes processos de transformação e de reatores anaeróbios, no tratamento de subprodutos e águas residuárias da agroindústria, com a finalidade de geração de bioenergia e obtenção de produtos de elevado valor agregado; (ii) valorar resíduos lignocelulósicos dentro do conceito de biorrefinaria por meio de codigestão, integração da liquefação hidrotérmica e digestão anaeróbia e conversão direta de derivados da biomassa lignocelulósica utilizando catalisadores heterogêneos bifuncionais; (iii) desenvolver e investigar catalisadores à base de metais não-nobres para a conversão direta de CH4 e CO2 a ácido acético e para a conversão de CH4 e CO2 a gás de síntese via DRM (dry reforming of methane); (iv) desenvolver modelos matemáticos para os processos anaeróbios presentes em biorrefinairas; (v) aplicar a metodologia de Análise de Ciclo de Vida (ACV) para a determinação do desempenho ambiental da biorrefinaria. Com isso, espera-se que a visão tradicional do saneamento seja superada, para que se consolide definitivamente a visão de recuperação de energia e materiais para a adequação ambiental dos efluentes e resíduos gerados.

A problemática crescente relacionada as emissões de CO2 na atmosfera associada as tecnologias de mitigação insuficientes apresentadas até o momento para suprir esse problema, criam demandas imediatas para novas pesquisas na área. Um dos pontos iniciais que devem ser alvo desse desenvolvimento são fontes antropogênicas pontuais de emissão de CO2 em larga escala, como o gás de combustão de usinas termoelétricas movidas a combustíveis fósseis. O Brasil tem aumentado consideravelmente as emissões derivadas do acionamento constante dessas usinas, como alternativa ao desabastecimento das hidrelétricas, e pouco se fala sobre a questão ambiental associada. Diante deste cenário, a proposta aqui apresentada visa a nucleação de um novo grupo de pesquisa no DEQ/CCET/UFSCar para trabalhar no desenvolvimento de novas tecnologias e formação de recursos humanos a nível profissional na área de captura e conversão de CO2 em processo integrado. Especificamente, o projeto refere-se ao desenvolvimento de novos adsorventes catalíticos inorgânicos, que serão constituídos por misturas físicas de adsorventes mesoestruturados porosos de alta área específica promovidos com sais de metais alcalinos fundidos e catalisadores heterogêneos de metais atomicamente dispersos (single-atoms) estabilizados sobre suportes com elevada concentração de defeitos superficiais, para captura de CO2 de misturas de gás de combustão e conversão em CO através da rota rWGS em processo integrado isotérmico utilizando condições brandas. Intermediário em diversos processos industriais, o CO tem grande interesse comercial, e sua obtenção a partir do CO2 capturado é altamente desejada, porém pouco foi explorado sobre sua produção em sistemas integrados de captura e conversão, sendo a produção em condições reacionais brandas ainda inédita. A proposta tem caráter altamente interdisciplinar envolvendo pesquisa fundamental de grandes áreas como físico-química de interfaces, química inorgânica e engenharia química, com interesse tecnológico para aplicação na solução de problemas ambientais atuais, e será desenvolvida em estreita colaboração entre grupos de pesquisa do Brasil e exterior.

O Programa de Especialização em Biocombustíveis foi implantado no Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos (DEQ/UFSCar) em 2010, por meio de um convênio firmado com a Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) e renovado em 2019 através de novo convênio, agora também com a participação da FINEP. O objetivo do Programa de Especialização em Biocombustíveis é atingir a excelência na formação de recursos humanos na área de Biocombustíveis, complementando a formação dos alunos nos cursos de graduação, mestrado e doutorado em Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos em temas relacionados à Formação de Pessoal em Biocombustíveis, gerando pesquisa aplicada e formando especialistas para atender a demanda do setor e se justifica a partir da necessidade de ampliação e fortalecimento de recursos humanos voltados para os desafios técnicos, tecnológicos e de gestão desta indústria.

A abundância, o baixo custo e as preocupações ambientais relacionadas a emissão do metano na atmosfera têm intensificado as pesquisas para a valorização deste gás nos últimos anos. Atualmente, os processos que convertem de maneira eficiente o metano em álcoois ou olefinas são complexos e de custo elevado, pois requerem a etapa intermediária da reforma do metano em gás de síntese (CO e H2). Devido as dificuldades envolvidas no processo indireto, a conversão em álcoois e hidrocarbonetos maiores por rota direta e em condições reacionais brandas tem sido amplamente estudada. Um dos produtos de maior interesse na transformação direta do metano é o metanol, uma das mais importantes matérias-primas da indústria global e, que tem apresentado demanda anual crescente. Motivados pelo cenário atual da alta disponibilidade e busca imediata por processos de valorização, esta proposta apresenta o desenvolvimento de catalisadores de metais nobres atomicamente dispersos em suportes mesoporosos de dióxido de cério dopados para a conversão direta e eficiente do metano a metanol em condições reacionais brandas. As baixas energias de ativação e capacidade de estabilização das espécies intermediárias para formação do metanol fornecidas pelos sítios ativos atomicamente dispersos dos metais nobres, associados a alta mobilidade e capacidade de armazenamento de oxigênio característica dos suportes de CeO2 dopados podem ser propriedades determinantes para a obtenção de catalisadores eficientes para o processo. Através das informações obtidas pelas caracterizações físicas e químicas dos materiais, utilizando técnicas ex situ e in situ, serão determinadas as condições ideais de preparação e os mecanismos envolvidos na reação, a fim de estabelecer as condições adequadas de operação que levem à máxima produtividade.

In this proposal, we intend to use the catalytic system based in a vanadosilicate lamellar precursor obtaining a pure microporous material from structure condensation by calcination, and a micro/mesoporous layered material from an exfoliation process. The good results we have obtained so far, motivated us to seek a complete understanding of the enhanced catalytic efficiency of these materials that demands a wide characterization. In this study, the vanadosilicates catalysts will be characterized by N2 physisorption, diffuse reflectance UV-Vis spectroscopy in controlled atmospheres, temperature-programmed of reduction (TPR), and the methanol oxidation will be evaluated as a probe reaction comparing the catalytic test results with the reaction intermediates identified by in situ Fourier transformed infrared spectroscopy. The additional characterization of the materials using techniques not available in our group will help us to identify and completely understand the properties of active sites presented in the catalysts and will provide valuable information on how the structural properties influence the oxidative potential of these catalysts.

A desidratação oxidativa do glicerol em uma única etapa é apresentada como alternativa interessante para a valorização do excesso de glicerol obtido como co-produto no processo de formação do biodiesel. Esta proposta apresenta o desenvolvimento e o estudo de um processo para a transformação eficiente e valorização do glicerol a ácido acrílico utilizando catalisadores zeolíticos. Devido às propriedades oxidantes e ácidas únicas que surgem com a substituição isomórfica de vanádio em comparação ao alumínio em zeólitas, a proposta envolve o desenvolvimento de vanadossilicatos onde os sítios ativos apresentem características bifuncionais, ou seja, em uma primeira etapa desidratam o glicerol a acroleína e em uma segunda etapa oxidam a acroleína para a obtenção de ácido acrílico. Outro aspecto importante é a utilização de estruturas lamelares nesses materiais o que possibilitam uma maior acessibilidade aos sítios ativos pelos reagentes. Dentre os materiais lamelares destacam-se a ITQ-2 e a ITQ-6, de estruturas MWW e FER respectivamente, que possuem desempenho catalítico destacado em relação as zeólitas puramente microporosas e portanto serão os catalisadores desenvolvidos e investigados nesta proposta. Serão aplicados aos materiais um amplo conjunto de técnicas que permitam desvendar e entender os mecanismos de formação de vanadossilicatos, seu comportamento como catalisador na reação, a identificação e funcionalidade dos sítios ativos. Serão realizadas caracterizações de estrutura, textura e superfície, com estas informações pode-se, sistematicamente, estabelecer as condições de operação da síntese e da atividade catalítica otimizada.

A atividade catalítica e desativação dos catalisadores de estrutura MFI substituídos com gál io foram avaliadas na desidratação do glicerol em fase gasosa. Dois fatores foram modificados e ava liados, o tamanho dos cristalitos e a força ácida dos sítios de Br ø nsted. A su bstituição isomórfica por íons gálio foi avaliada através de mudanças nos volumes de cela unitária dos materiais, calculados pelo método de refinamento de Rietveld. Foram sinteti zados catalisadores de alumínio com as mesmas composições molares e pelos mesmos métodos como medida de comparação. Os compostos carbonáceos depositados sobre os catalisadores responsáveis pela desativação foram quantificados por termogravimetria e caracte rizados por ressonância magnética nuclear de 13 C. As análises químicas elementares de Al e Ga que determinaram as razões Si/Al e Si/Ga revelaram que a cinética de incorporação do gálio é mais lenta, devido as diferenças de pH de formação dos complexos dess es metais responsáveis pela incorporação na estrutura. Mesmo com razões Si/Ga mais elevadas os catalisadores de gálio se mostraram eficientes em relação a atividade o que mostra que a atividade in icial não é afetada por mudanças na força dos sítios. Em rel ação a desativação o gálio na estrutura proporcionou um melhor controle na formação do coque. Foram observadas duas espécies distintas de coque formadas nos catalisadores, sendo elas os compostos poliaromáticos, formados preferencialmente no interior dos p oros , e os compostos poliglicóis derivados da polimerização do glicerol, formados principalmente na superfície externa das zeólitas.

Neste projeto, foram estudadas as transformações de fase que ocorrem nas ligas Cu-9%Al-6%Mn e Cu-9%Al-6%Ag-6%Mn, utilizando calorimetria exploratória diferencial (DSC), medidas de variação da resistividade elétrica com a temperatura, difração de raios X (DRX), metalografia por microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) e medidas de variação da microdureza com a temperatura. Os resultados obtidos permitiram a análise das características do sistema quaternário Cu-Al-Ag-Mn no início do campo eutetóide e a influência das fases presentes nas propriedades do sistema.